數(shù)控車床實(shí)習(xí)中存在的安全問題及解決方案

摘 要：中專生在數(shù)控車床實(shí)習(xí)中，因?yàn)槭切率郑嬖谠S多安全隱患。輕則損壞刀具，損毀工件；重則損傷車床，甚至傷及操作人員人身安全，須加以避免。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床；實(shí)習(xí)操作；事故；預(yù)防

前言

數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)密集度及自動化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備，是綜合計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動控制、自動加工、自動檢測等高新技術(shù)的產(chǎn)物。由于數(shù)控機(jī)床在制造行業(yè)的普及，社會上懂得數(shù)控加工技術(shù)、能進(jìn)行數(shù)控加工編程以及數(shù)控機(jī)床維修的技術(shù)人才的缺口越來越大。數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床。我校作為國家級重點(diǎn)職業(yè)學(xué)校，又坐落于福建閩東電機(jī)電器城——福安，為滿足本地區(qū)本市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，為市里的一千多家機(jī)電和電子企業(yè)提供更多更好的技術(shù)人才，重點(diǎn)設(shè)置了數(shù)控專業(yè)，配置了多臺廣數(shù)928系統(tǒng)的數(shù)控車床作為教學(xué)車床。在剛剛接觸數(shù)控車床加工時(shí)的初學(xué)者，經(jīng)常會出現(xiàn)一些突發(fā)狀況，這些突發(fā)異常狀況出現(xiàn)時(shí)，輕者損壞刀具，工件報(bào)廢，重者損傷機(jī)床的卡盤及刀架，嚴(yán)重影響機(jī)床精度，甚至傷及操作人員人身安全。以下對學(xué)生在實(shí)習(xí)操作中的問題加以分析其產(chǎn)生原因和預(yù)防、解決方法，以供大家參考。

一、編程

數(shù)控機(jī)床雖然自動化程度高，但自適應(yīng)性差，它不能像普通機(jī)床那樣加工時(shí)可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題隨時(shí)地人為進(jìn)行調(diào)整。例如，在數(shù)控機(jī)床上加工內(nèi)螺紋時(shí)，它不知道孔中有無切屑堵住，是否需要退刀，待清除切屑后再進(jìn)行加工。所以，在數(shù)控加工的工藝流程設(shè)計(jì)中必須考慮到加工過程的每個(gè)細(xì)節(jié)，尤其是對圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)處理、計(jì)算和編程時(shí)一定要力求準(zhǔn)確無誤。否則可能會出現(xiàn)重大事故。

1.走刀路線 所謂走刀路線即按圖紙、工藝流程要求，確定加工路線，為保證零件的形位尺寸的精度，選擇適當(dāng)?shù)募庸ろ樞蚝脱b夾方法。要注意遵循先粗后精、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉等一般性原則，編程中應(yīng)注意到工件毛坯的加工余量，避免事故發(fā)生。在數(shù)控車削加工中，一般情況下，Z軸坐標(biāo)方向的加工進(jìn)給是沿負(fù)方向進(jìn)給的，但這種加工路線有的時(shí)候并不合理，甚至還可能造成加工零件的報(bào)廢。例如：當(dāng)采用尖頭車刀加工大圓弧內(nèi)表面時(shí)，若按一般的走刀路線沿Z向負(fù)方向進(jìn)給，因?yàn)榍邢鲿r(shí)尖頭車刀的主偏角為100°至105°，此時(shí)切削力在X向的切削分力將沿著X向的正方向作用，當(dāng)?shù)都膺\(yùn)行到圓弧軌跡的象限點(diǎn)時(shí)，進(jìn)給方向則由負(fù)Z向、正X向變換為負(fù)Z向、負(fù)X向，此時(shí)切削分力與原來相反，而與數(shù)控車床橫向拖板的傳動力相同，如果數(shù)控車床橫向拖板的傳動絲杠有傳動間隙，就會使車刀的刀尖嵌入到零件表面，產(chǎn)生嵌刀現(xiàn)象，行話俗稱為“扎刀”。而采用另一種進(jìn)給路線，進(jìn)給方向變換為沿正Z向、正X向進(jìn)給，這時(shí)切削分力與數(shù)控車床橫向拖板的傳動力方向相反，從而可以避免嵌刀現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.進(jìn)退刀點(diǎn)選擇時(shí)要注意，進(jìn)刀不能撞工件、退刀應(yīng)先離開工件。對于形狀特殊的工件在退刀時(shí)更要注意避免發(fā)生碰撞。若零件中部尺寸大于兩端時(shí)，在退刀時(shí)應(yīng)先將X軸方向退至工件最大外形尺寸以外，然后再退Z軸方向，若兩軸同時(shí)退刀，刀尖軌跡為斜線，刀具在運(yùn)動過程中容易與工件的突出部分碰撞，工件和刀具都會損壞，嚴(yán)重時(shí)還會破壞機(jī)床的精度。“G00”指令在進(jìn)退刀時(shí)盡量避免“X、Z”同時(shí)移動使用，

如：G00 X80 Z100;

應(yīng)改為：G00 X80;

Z100;

這樣分成兩句更為安全。

3.避免程序中的坐標(biāo)值超越卡爪尺寸。假定工件的右端面中心為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，工件原點(diǎn)距卡爪端面的距離為80mm。編程要注意到各程序段中Z方向負(fù)值的絕對值不得大于80mm，否則就會發(fā)生刀具與卡爪相碰的事故。例如加工程序中某一程序段的Z=-81mm，則刀具與卡爪之間有1mm的干涉量，勢必導(dǎo)致碰撞。

4.防止程序中G00的負(fù)值引起的碰撞。當(dāng)需要刀具快速移動接近工件時(shí)，如果編程時(shí)Z的負(fù)值計(jì)算有誤，將導(dǎo)致刀具在快速移動中與工件碰撞，后果是極為嚴(yán)重的，因此G00的負(fù)值尺寸要反復(fù)核對以控制車刀與工件或卡盤發(fā)生碰撞的可能性。

5.G01”指令中F值過大可能會出現(xiàn)兩種情況，一是機(jī)床不動，伺服系統(tǒng)報(bào)警，二是刀具移動速度非常快（大于G00），出現(xiàn)撞車事故。產(chǎn)生原因是程序開始按轉(zhuǎn)進(jìn)給（FANUC系統(tǒng)是G99，華中系統(tǒng)是G95），而下面程序中按分進(jìn)給編制出現(xiàn) “F100、F200”等情況，程序一旦執(zhí)行將出現(xiàn)以上事故。

6.編程時(shí)換刀要注意給刀具足夠空間，尤其是鏜孔刀，要到機(jī)床上實(shí)際測量確定換刀點(diǎn)。如遇工件較長需頂尖支撐，更應(yīng)特別注意。

二、工件的裝夾與夾具的選擇

在數(shù)控加工中，無論數(shù)控機(jī)床本身具有多高的精度，如果工件因裝夾不合理而產(chǎn)生變形或歪斜，就會降低零件加工精度。

解決方法：要正確裝夾工件，必須合理選用機(jī)床夾具，要注意的是在選用夾具時(shí)夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對工件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工時(shí)刀具的進(jìn)給，否則會產(chǎn)生刀具與夾具的碰撞等情況。

三、誤操作

1.學(xué)生對鍵盤功能鍵具體含義不熟悉，操作不熟練，對機(jī)床功能參數(shù)誤修改，尤其是兩種系統(tǒng)的數(shù)控車床都學(xué)習(xí)后，對指令和功能的混淆易造成撞車等事故。

2.在輸入刀補(bǔ)值時(shí)，有時(shí)“＋”號輸成“－”號，“1.25”輸成“12.5”，經(jīng)常會出現(xiàn)機(jī)床啟動后刀具直接沖向工件及卡盤，造成工件報(bào)廢，刀具損壞，機(jī)床卡盤撞毀等事故。

解決方法：學(xué)生在沒有完全弄懂機(jī)床功能前盡量不要修改機(jī)床功能參數(shù)，一定要弄清基本原理。應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，輸入程序或刀補(bǔ)數(shù)值后經(jīng)反復(fù)檢查方可操作。在學(xué)習(xí)過程中老師要將不同系統(tǒng)之間的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)進(jìn)行對比講解并加以強(qiáng)調(diào)，強(qiáng)化學(xué)生理性認(rèn)識，引起學(xué)生重視。

四、機(jī)床控制系統(tǒng)自身原因

由于加工時(shí)進(jìn)行各種操作，如輸入刀補(bǔ)、插入程序，執(zhí)行后進(jìn)行刪除等操作過多，有可能使隨機(jī)存儲器PMA芯片中執(zhí)行程序混亂，系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，X或Z向出現(xiàn)丟步，造成撞車。EPROM芯片、系統(tǒng)主板或驅(qū)動板中元件若有損壞，則造成執(zhí)行程序出錯(cuò)。

解決方法：要經(jīng)常檢查機(jī)床系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)找專業(yè)人員解決。

五、機(jī)床機(jī)械故障

步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)機(jī)械故障，或者由于步進(jìn)電機(jī)的連接線在操作中被拉斷，步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠之間連接銷釘脫落，使電機(jī)與拖板之間移動不同步，或絲杠中有異物（如切屑等），造成機(jī)床兩軸中其中一個(gè)方向不動或移動緩慢，使機(jī)床出現(xiàn)撞車事故。

解決方法：操作時(shí)應(yīng)做到觀其色，聽其聲，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，機(jī)床導(dǎo)軌及絲杠使用完畢應(yīng)及時(shí)清理干凈。

六、坐標(biāo)系的區(qū)分

數(shù)控車床有三個(gè)坐標(biāo)系即機(jī)械坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。機(jī)械坐標(biāo)系的原點(diǎn)是生產(chǎn)廠家在制造機(jī)床時(shí)的固定坐標(biāo)系原點(diǎn)，也稱機(jī)械零點(diǎn)。它是在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)已經(jīng)確定下來的，是機(jī)床加工的基準(zhǔn)點(diǎn)。在使用中機(jī)械坐標(biāo)系是由參考點(diǎn)來確定的，機(jī)床系統(tǒng)啟動后，進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作，機(jī)械坐標(biāo)系就建立了。坐標(biāo)系一經(jīng)建立，只要不切斷電源，坐標(biāo)系就不會變化。編程坐標(biāo)系是編程序時(shí)使用的坐標(biāo)系，一般情況下我們把X軸與工件軸線重合，Z軸放在工件端面上。工件坐標(biāo)系是機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)使用的坐標(biāo)系，它應(yīng)該與編程坐標(biāo)系一致。能否讓編程坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系一致，是操作的關(guān)鍵。初學(xué)者往往有一錯(cuò)誤想法，數(shù)控車床操作沒有什么，會編程序，程序模擬后沒問題，基本機(jī)床機(jī)構(gòu)弄明白，就可以上手操作。實(shí)際上沒有把機(jī)械坐標(biāo)系（參考點(diǎn)）、編程坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系完全理解并分析明白，就上手操作是非常危險(xiǎn)的。

結(jié)束語

綜合以上幾點(diǎn)，首先應(yīng)使學(xué)生熟悉系統(tǒng)的各種操作，系統(tǒng)功能鍵應(yīng)熟練掌握，達(dá)到能熟練操作，這樣在操作中，減少失誤，將誤操作的概率降至最低，特別是對剛開始使用系統(tǒng)的學(xué)生來說，應(yīng)對照操作步驟，一步一步的進(jìn)行，避免失誤。其次編程時(shí)，應(yīng)根據(jù)工件特點(diǎn)進(jìn)行，退刀和回零的順序是先退X向，還是先退Z向，應(yīng)按工件的形狀及加工位置確定。最后操作者應(yīng)注意機(jī)床的保養(yǎng)，在平時(shí)加工后，絲杠、導(dǎo)軌應(yīng)擦拭干凈，避免切屑等雜物夾在滾珠絲杠和導(dǎo)軌內(nèi)，造成加工出現(xiàn)誤差，損傷導(dǎo)軌，影響加工。

通過近兩年來的教學(xué)實(shí)踐，在數(shù)控車床實(shí)習(xí)教學(xué)過程中注意了以上一些在操作中容易出現(xiàn)的問題，結(jié)合以前教學(xué)過程中學(xué)生出現(xiàn)過的現(xiàn)象，以實(shí)例說明，著重強(qiáng)調(diào)，加以預(yù)防，降低了數(shù)控車床實(shí)習(xí)操作中的事故發(fā)生率，目前我校的數(shù)控車實(shí)習(xí)課已逐步將實(shí)習(xí)材料從早先的尼龍棒料改為鋼件來進(jìn)行練習(xí)，難度和危險(xiǎn)系數(shù)增大了，但撞車、打刀等事故發(fā)生率降低了，收到了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］余英良.數(shù)控加工編程及操作［M］.北京：高等教育出版社，2004.